第二章 化学反应速率与化学平衡
第一节 化学反应速率
第3课时 活化能 化学反应的微观历程
基础过关练
题组一 化学反应的历程
1.下列关于反应历程的说法正确的是 ( )
A.一个化学反应的反应历程是固定的
B.所有的化学反应都是由很多基元反应组成的
C.反应物的结构和反应条件决定反应历程
D.简单反应的反应速率一定比复杂反应的反应速率快
2.甲烷与氯气在光照条件下存在如下反应历程(“·”表示电子):
①Cl2 2Cl·(慢反应)
②CH4+Cl· ·CH3+HCl(快反应)
③·CH3+Cl2 CH3Cl+Cl·(快反应)
④·CH3+Cl· CH3Cl(快反应)
已知在一个分步反应中,较慢的一步反应决定总反应的速率。下列说法不正确的是 ( )
A.总反应的速率主要由反应①决定
B.光照的主要作用是促进反应①的进行从而使总反应速率加快
C.反应②~④都是由微粒通过有效碰撞而发生的反应
D.反应①是释放能量的过程
题组二 活化能
3.下列关于化学反应速率的说法正确的是 ( )
A.升高温度可降低化学反应的活化能,加快化学反应速率
B.反应物浓度增大,单位体积内活化分子数增多,单位时间内有效碰撞的次数增加,反应速率增大
C.催化剂能增大反应的活化能,从而加快反应速率
D.有气体参加的化学反应,若增大压强(缩小反应容器的容积),可增加活化分子的百分数,从而使反应速率加快
4.(经典题)对于反应2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g),科学家根据光谱研究提出如下反应历程:
第一步:2NO(g) N2O2(g) 快反应
第二步:N2O2(g)+H2(g) N2O(g)+H2O(g) 慢反应
第三步:N2O(g)+H2(g) N2(g)+H2O(g) 快反应
上述反应中可近似认为第二步反应不影响第一步反应的平衡。下列叙述不正确的是( )
A.总反应的速率由第二步反应决定
B.N2O2是反应的中间产物
C.第二步反应的活化能最大
D.若第一步反应的ΔH<0,则升高温度,第一步反应的正反应速率减小,逆反应速率增大
5.催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) P(g)。反应历程(如图)中,M为中间产物。其他条件相同时,下列说法错误的是 ( )
A.使用催化剂Ⅰ或催化剂Ⅱ,均有4个基元反应
B.使用催化剂Ⅰ时,第三个基元反应是决速反应
C.使用催化剂Ⅱ时,反应体系更快达到平衡
D.使用催化剂Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大
能力提升练
题组一 探究微观反应历程中物质转化与能量转化
1.科研人员利用Cu/ZnO作催化剂,在光照条件下实现了CO2和H2合成CH3OH,该反应历程示意图如下:
下列说法不正确的是 ( )
A.过程Ⅰ中ZnO表面上进行CO2的吸附与转化
B.过程Ⅴ中生成CH3OH时吸收能量
C.催化剂Cu/ZnO可以降低反应的活化能,增大化学反应速率
D.总反应的化学方程式是CO2+3H2 CH3OH+H2O
2.CH4和Cl2反应生成CH3Cl和HCl的部分反应过程如图所示。
已知总反应分3步进行:
第1步:Cl2(g) 2·Cl(g) ΔH1=+242.7 kJ·mol-1;
第2步:CH4(g)+·Cl(g) ·CH3(g)+HCl(g) ΔH2;
第3步:·CH3(g)+Cl2(g) CH3Cl(g)+·Cl(g) ΔH3。
下列有关说法正确的是 ( )
A.ΔH2<0
B.第2步的反应速率小于第3步的反应速率
C.缩小容器体积,活化分子百分数增加,反应速率加快
D.CH4(g)+Cl2(g) CH3Cl(g)+HCl(g) ΔH=-112.9 kJ·mol-1
题组二 反应历程与活化能(能垒)
3.科学家在研究甲醇与水蒸气重整制氢气反应机理时,得到甲醇在Pd(Ⅲ)表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示,其中附在Pd(Ⅲ)表面的物种用*标注。下列说法错误的是( )
A.②中包含C—H键的断裂过程
B.该历程中能垒(反应活化能)最小的是③
C.该反应的决速步骤为CHO*+3H* CO*+4H*
D.由此历程可知:CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH>0
4.H2在石墨烯负载型Pd单原子催化剂(Pd/SVG)上还原NO生成N2和NH3的路径机理及活化能Ea(单位为kJ·mol-1)如图所示。下列说法错误的是( )
A.H2还原NO生成N2的决速步为反应⑥
B.Pd/SVG上H2还原NO,更容易生成NH3,不容易生成N2
C.根据如图数据可计算NO+5H NH3+H2O的ΔH
D.由图可知,相同催化剂下反应可能存在多种反应历程
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 2.D 3.B 4.D 5.C
1.C 同一个化学反应在不同条件下反应的历程可能不同,A错误;有些化学反应经过一步就能完成,B错误;反应物的结构和反应条件决定反应历程,C正确;简单反应的反应速率不一定比复杂反应的反应速率快,D错误。
2.D 慢反应决定总反应速率,A正确;光照能加快反应速率,促进反应①的进行从而使总反应速率加快,B正确;反应②~④都是由微粒通过有效碰撞而发生的反应,C正确;反应①是破坏氯气分子中的共价键形成氯原子的过程,应吸收能量,D错误。
3.B 升高温度部分非活化分子吸收能量后变为活化分子,增大了活化分子百分数,化学反应速率加快,但反应的活化能不变,A错误;增大反应物浓度,单位体积内活化分子的个数增多,单位时间内有效碰撞的次数增加,反应速率增大,B正确;催化剂能降低反应的活化能,从而加快反应速率,C错误;缩小容器容积来增大压强,增大了单位体积内活化分子个数,但活化分子百分数不变,D错误。
4.D 总反应的速率由慢反应决定,第二步反应是慢反应,故总反应的速率由第二步反应决定,A正确;由总反应可知,NO、H2是反应物,N2和H2O是生成物,N2O和N2O2都是反应的中间产物,B正确;反应速率越慢,对应的反应活化能越大,故第二步反应的活化能最大,C正确;升高温度,第一步反应的正、逆反应速率都增大,D错误。
5.C 使用催化剂Ⅰ或催化剂Ⅱ,反应过程中均有4个峰,则均有4个基元反应,A正确;使用催化剂Ⅰ时,第三个基元反应的活化能最大,反应速率最慢,所以此步反应是决速反应,B正确;使用催化剂Ⅱ时,第一个反应在使用催化剂Ⅰ或使用催化剂Ⅱ所有基元反应中活化能最大,反应速率最慢,所以反应体系不能更快达到平衡,C错误;由题图可知,在前两个基元反应中,使用催化剂Ⅰ活化能较低,反应速率较快,后两个基元反应中使用催化剂Ⅰ活化能较高,反应速率较慢(破题关键),所以使用催化剂Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大,D正确。
能力提升练
1.B 2.B 3.C 4.C
1.B 解答本题需要准确分析各步骤的物质转化。由题图可知,过程Ⅰ中在ZnO表面吸附CO2,CO2转化为新物质,A正确;过程Ⅴ是形成新化学键的过程,应放出热量,B错误;催化剂Cu/ZnO可以降低反应的活化能,改变反应历程,从而增大化学反应速率,C正确;该反应总过程是CO2和H2在Cu/ZnO作催化剂、光照条件下合成CH3OH,总反应的化学方程式是CO2+3H2 CH3OH+H2O,D正确。
2.B 从题图中找出第2步反应的反应物和生成物,观察二者能量的相对大小(解题技法)可知,第2步反应是吸热反应,ΔH2>0,A错误;观察题图可知,第2步反应的活化能(Ea1)大于第3步反应的活化能(Ea2),所以第2步的反应速率小于第3步的反应速率,B正确;缩小容器体积,增大压强,单位体积内活化分子数增多,而活化分子百分数不变,反应速率加快,C错误;根据题图信息·CH3(g)+Cl2(g) CH3Cl(g)+·Cl(g) ΔH3=-112.9 kJ·mol-1,CH4(g)+·Cl(g) ·CH3(g)+HCl(g) ΔH2>0,因此CH4(g)+Cl2(g) CH3Cl(g)+HCl(g) ΔH=ΔH2+ΔH3>-112.9 kJ·mol-1,D错误。
3.C 1个CH3O*中含3个C—H键和1个C—O键,1个CH2O*中含2个C—H键和1个C—O键,则②中由CH3O*→CH2O*+H*包含C—H键的断裂过程,A项正确;从题图可看出,该历程中③的反应活化能最小,B项正确;总反应速率由反应速率最慢的一步基元反应决定,由题图可知,反应历程中能垒最大的是⑤,所以该反应的决速步骤是4H* 2H2,C项错误;从题图中找到反应物和生成物,观察反应物和生成物的相对能量可知,CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH>0,D项正确。
4.C 活化能最大的一步为决速步,则H2还原NO生成N2的决速步为反应⑥,A正确;由题图知,Pd/SVG上H2还原NO,经过①到⑤即可生成NH3,经过①到⑦步才能生成N2,而反应⑥的活化能在①到⑦中最大,更容易生成NH3,不容易生成N2(破题关键),B正确;根据题图数据可计算NO+5H NH3+H2O的正反应的活化能、不知道逆反应的活化能,不能计算ΔH,C错误;由题图可知,相同催化剂下反应可能存在多种反应历程,可能得到不同产物,D正确。
8第二章 化学反应速率与化学平衡
第一节 化学反应速率
第2课时 影响化学反应速率的因素
基础过关练
题组一 外界条件对化学反应速率的影响
1.调控化学反应速率对日常生活和工农业生产都具有重要的意义。下列措施中,主要是通过浓度调控化学反应速率的是 ( )
A.茶叶使用真空包装
B.用铁矿石炼铁过程中将矿石粉碎
C.低温保存疫苗
D.氨在催化剂作用下被氧化成NO
2.下列措施对增大化学反应速率有明显效果的是 ( )
A.Na与水反应时,增加水的用量
B.Na2SO4溶液与BaCl2溶液反应时,增大压强
C.常温下用Al与稀硫酸反应制取H2时,将稀硫酸改为浓硫酸
D.大理石与盐酸反应制取CO2时,将块状大理石改为粉末状大理石
3.地下水中加入H2O2可将地下的三氯乙烯(C2HCl3)除去,反应如下:3H2O2+C2HCl3 2H2O+2CO2↑+3HCl。常温下,在某密闭容器中进行上述反应,测得c(H2O2)随时间的变化如表所示:
时间/min 0 2 4 6 8 ……
c(H2O2)/ (mol·L-1) 1.20 0.90 0.70 0.60 0.55 ……
已知:在反应体系中加入Fe2+,可提高该反应的反应速率。下列说法错误的是 ( )
A.Fe2+为该反应的催化剂
B.反应过程中可能产生O2
C.加热,正反应速率加快,逆反应速率减小
D.0~4 min内v(H2O2)=0.125 mol·L-1·min-1
题组二 结合图像分析化学反应速率的影响因素
4.(经典题)把在空气中放置过的镁条投入盛有盐酸的敞口容器中,
产生H2的速率如图所示。在下列因素中,影响反应速率的是 ( )
①盐酸的浓度 ②镁条的表面积 ③溶液的温度 ④Cl-的浓度
A.①④ B.③④ C.①②③ D.②③
5.等质量的锌与过量的一定浓度的稀硫酸在不同的实验条件下进行反应,测定反应过程中产生氢气体积(V)与时间(t)的数据,根据数据绘制得下图。下列有关说法不正确的是 ( )
实验组别 c(H2SO4)/mol·L-1 温度/℃ 形状(锌)
Ⅰ 2.0 30 块状
Ⅱ 2.5 30 块状
Ⅲ 2.5 50 粉末状
Ⅳ 2.5 50 块状
A.曲线a、b、c、d对应的实验组别分别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ
B.对比实验Ⅰ、Ⅱ可说明浓度对化学反应速率的影响
C.对比实验Ⅱ、Ⅳ可说明温度对化学反应速率的影响
D.用浓度相同的盐酸代替硫酸进行实验,因为都是强酸所以化学反应速率不变
能力提升练
题组一 化学反应速率影响因素的分析
1.物理学将物质衰变(或消耗)一半所用时间叫“半衰期”。298 K时,在催化剂作用下M生成N,反应物起始浓度与催化剂浓度、反应时间关系如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.条件Ⅱ,若M起始浓度为9.0 mol·L-1时半衰期为187.5 min
B.条件Ⅲ,M的反应速率为1.2×10-2 mol·L-1·min-1
C.其他条件相同,催化剂浓度越大,反应速率越快
D.其他条件相同时,M起始浓度越大,反应速率越快
2.研究反应2X Y+3Z的速率影响因素,在不同条件下进行4组实验,Y、Z起始浓度为0,反应物X的浓度随反应时间的变化情况如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.比较实验①②得出增大反应物浓度,化学反应速率加快
B.比较实验②④得出升高温度,化学反应速率加快
C.若实验②③只有一个条件不同,则实验③可能使用了催化剂
D.在0~10 min,实验④的平均反应速率v(Y)=0.06 mol·L-1·min-1
3.丙酮()碘化反应为+I2 I-+H++。某兴趣小组在20 ℃时研究了该反应的反应速率。他们在反应开始前加入淀粉溶液,通过观察淀粉溶液褪色的时间来判断反应速率的大小。实验数据如表,其中①~③混合液总体积均为100 mL。
序号 n(丙酮)/mol n(I2)/mol 褪色时间/s
① 0.2 2×10-4 40
② 0.1 2×10-4 80
③ 0.2 1×10-4 20
下列推测合理的是 ( )
A.实验①中,v(I2)=5×10-6 mol·L-1·s-1
B.由实验①②可知,其他条件相同时,c(丙酮)越小,反应速率越快
C.由实验①③可知,其他条件相同时,c(I2)越小,反应速率越快
D.该反应可能会出现反应速率随时间先增大后减小的现象
题组二 化学反应速率影响因素的实验探究
4.下列有关化学反应速率的实验探究方案设计合理的是( )
选项 实验方案 实验目的
A 向等体积等浓度的H2O2溶液中分别加入5滴等浓度的CuSO4和FeCl3溶液,观察气体产生的速率 比较Cu2+和Fe3+的催化效果
B 向两支试管中都加入2 mL 1 mol·L-1的酸性KMnO4溶液,再同时向两支试管中分别加入2 mL 0.1 mol·L-1的H2C2O4溶液和2 mL 0.05 mol·L-1的H2C2O4溶液,观察高锰酸钾溶液褪色所需时间 探究草酸浓度对反应速率的影响
C 2个锥形瓶内各盛有2 g锌粒(颗粒大小基本相同),通过分液漏斗分别加入40 mL 1 mol·L-1硫酸和40 mL 18 mol·L-1的硫酸,比较两者收集10 mL氢气所用的时间 探究硫酸浓度对反应速率的影响
D 3 min后分别混合并振荡 探究温度对反应速率的影响
5.室温下进行下图所示实验(已:H2C2O4为二元弱酸)。
试管a、b、c中溶液褪色分别耗时690 s、677 s、600 s。下列说法正确的是 ( )
A.反应的离子方程式为2Mn 2Mn2++10CO2↑+8H2O
B.试管c反应至300 s时,溶液中剩余的c(KMnO4)=0.002 5 mol/L
C.对比试管a、b,得到的结论是H2C2O4溶液浓度增大,反应速率加快
D.对比试管c、d,可验证c(H+)对反应速率的影响
6.某小组学生设计了如下探究影响化学反应速率因素的实验。可选试剂:5% H2O2溶液、1 mol/L FeCl3溶液、蒸馏水、0.1 mol/L Na2S2O3溶液、0.5 mol/L H2SO4溶液、0.1 mol/L H2SO4溶液。
请按要求回答下列问题:
(1)小组确定实验探究的反应原理及比较反应速率大小的依据(填充空白)。
实验原理 化学方程式 判断依据
原理ⅰ 产生气 泡快慢
原理ⅱ Na2S2O3+H2SO4 Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O
(2)学生甲选择原理ⅰ,探究催化剂对该反应速率的影响,必选试剂除5% H2O2溶液外,还应选 。
(3)学生乙选择原理ⅱ,设计如图所示对照实验,探究H2SO4浓度对该反应速率的影响。
试剂X及其用量: 。
(4)学生丙选择原理ⅱ设计实验,探究影响该反应速率的因素,数据如表所示:
实验 编号 Na2S2O3溶液 H2SO4溶液 蒸馏水 温度/ ℃
浓度/ (mol/L) 体积/ mL 浓度/ (mol/L) 体积/ mL 体积/ mL
Ⅰ 0.1 1 0.5 1 V 30
Ⅱ 0.1 2 0.5 1 7 30
Ⅲ 0.1 2 0.5 1 7 40
①对比实验Ⅰ、Ⅱ,为探究 对该反应速率的影响。
②V= ,加入V mL水的目的是 。
③对比上述实验数据,推测反应速率最快的是 (填实验编号)。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A 2.D 3.C 4.C 5.D
1.A 茶叶使用真空包装是通过降低氧气浓度来改变反应速率的,A符合题意;将铁矿石粉碎是通过改变接触面积来改变化学反应速率的,B不符合题意;低温保存疫苗是通过降低温度来改变化学反应速率的,C不符合题意;氨气转化为一氧化氮是利用催化剂来改变化学反应速率的,D不符合题意。
2.D 水为纯液体,增加水的用量,化学反应速率不变,A错误;Na2SO4溶液与BaCl2溶液反应没有气体参加,增大压强,化学反应速率不变,B错误;常温下,Al遇浓硫酸发生钝化,不能制取H2,C错误;块状大理石改为粉末状,增大了接触面积,化学反应速率加快,D正确。
3.C 在反应体系中加入Fe2+,可提高该反应的反应速率,Fe2+为该反应的催化剂,A正确;已知H2O2可以将Fe2+氧化为Fe3+,而Fe3+可以催化H2O2分解为O2,故反应过程中可能产生O2,B正确;加热,正、逆反应速率都加快(易错点),C错误;0~4 min内,v(H2O2)===0.125 mol·L-1·min-1,D正确。
4.C 镁与盐酸反应产生H2,实质是镁与H+反应,与Cl-无关;在镁条的表面有一层氧化膜,将镁条投入盐酸中,随着氧化膜的不断溶解,镁与盐酸接触的面积不断增大,产生H2的速率会加快;该反应放出热量,温度升高,反应速率加快;反应后期,盐酸的浓度明显减小,反应速率减慢。
5.D 一定条件下,收集相同体积的氢气需要的时间越短,化学反应速率越快,由题图可知,化学反应速率:a>b>c>d。由题表信息可知,实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中锌的形状相同,Ⅳ中的温度高于Ⅰ、Ⅱ,且Ⅰ中c(H2SO4)最小,则反应速率Ⅳ>Ⅱ>Ⅰ;Ⅲ、Ⅳ中,Ⅲ中反应物的接触面积大,则反应速率Ⅲ>Ⅳ,所以化学反应速率:Ⅲ>Ⅳ>Ⅱ>Ⅰ,因此曲线a、b、c、d对应的实验组别分别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ,A正确;实验Ⅰ、Ⅱ中只有c(H2SO4)不同,可以根据实验Ⅰ、Ⅱ说明浓度对化学反应速率的影响,B正确;实验Ⅱ、Ⅳ中只有温度不同,可以根据实验Ⅱ、Ⅳ说明温度对化学反应速率的影响,C正确;用浓度相同的盐酸代替硫酸进行实验,氢离子浓度减小,因此化学反应速率减慢,D错误。
能力提升练
1.D 2.D 3.D 4.D 5.C
1.D 观察题图可知,起始浓度与反应时间成正比,设M消耗4.5 mol·L-1时需要的时间为t min,则3.0∶125=4.5∶t,解得t=187.5,A正确;条件Ⅲ时,v(M)=(1.5÷125) mol·L-1·min-1=1.2×10-2 mol·L-1·min-1,B正确;由Ⅰ、Ⅱ可知,其他条件相同,催化剂浓度越大,反应速率越快,C正确;题图中Ⅰ、Ⅲ的斜率相等,即二者反应速率相等,所以其他条件相同时,反应速率与起始浓度无关,D错误。
2.D 实验①②温度相同,反应物起始浓度不同,实验①反应物起始浓度较大,化学反应速率较快,可得出增大反应物浓度,化学反应速率加快,A正确;实验②④反应物起始浓度相同,但温度不同,实验④反应速率较大,说明升高温度,化学反应速率加快,B正确;实验②③温度、反应物起始浓度均相同,实验③反应速率较大,可能使用了催化剂,C正确;在0~10 min,实验④X的浓度变化为0.60 mol·L-1,则v(Y)=v(X)=×=0.03 mol·L-1·min-1,D错误。
解题技法
利用“控制变量法”解答化学反应速率问题
3.D 实验①中淀粉溶液褪色时间为40 s,则v(I2)=== mol·L-1·s-1=5×10-5 mol·L-1·s-1,A错误;实验①②中只有c(丙酮)不同,且实验①的c(丙酮)大、溶液褪色时间短,即其他条件相同时,c(丙酮)越大,反应速率越快,B错误;实验①③中只有c(I2)不同,且实验③的c(I2)小、褪色时间短,但实验③中I2的物质的量是①的一半,溶液褪色时间也是①的一半,即改变c(I2),反应速率不变,C错误;随着反应的进行,反应物浓度逐渐减小,若只受反应物浓度的影响,反应速率逐渐减慢,但该反应也可能受温度或催化剂的影响,故该反应可能会出现反应速率随时间先增大后减小的现象,D正确。
4.D 阴离子不同,无法比较Cu2+和Fe3+的催化效果,A不合理;两支试管中的高锰酸钾均过量,草酸不足,溶液均不会发生明显褪色,不能探究草酸浓度对反应速率的影响,B不合理;18 mol·L-1的硫酸为浓硫酸,与锌粒反应生成SO2,不能通过比较收集等量的氢气所用时间来探究硫酸浓度对反应速率的影响,C不合理;只有温度不同,其他条件均相同,可探究温度对反应速率的影响,D合理。
5.C 反应的离子方程式为2Mn+6H++5H2C2O4 2Mn2++10CO2↑+8H2O,A错误;试管c中溶液褪色耗时600 s,反应过程中c(KMnO4)逐渐变小,反应变慢,试管c反应至300 s时,溶液中剩余的c(KMnO4)无法求算,B错误;对比试管a、b,其他条件相同,H2C2O4浓度不同,试管b中溶液褪色耗时更短,因此可得到H2C2O4溶液浓度增大,反应速率加快,C正确;浓盐酸做溶剂,溶液中存在Cl-,Cl-也能还原高锰酸钾,对实验有干扰,所以对比试管c、d不能验证c(H+)对反应速率的影响,D错误。
6.答案 (1)2H2O2 2H2O+O2↑ 溶液变浑浊快慢
(2)1 mol/L FeCl3溶液
(3)2 mL 0.5 mol/L H2SO4溶液
(4)①Na2S2O3溶液的浓度 ②8 控制硫酸的起始浓度相同 ③Ⅲ
解析 (1)原理ⅰ判断依据为产生气泡快慢,结合所给的试剂,选择的反应为2H2O2 2H2O+O2↑。原理ⅱ选择的反应为Na2S2O3+H2SO4 Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,生成淡黄色沉淀硫,故判断依据为溶液变浑浊快慢。
(2)FeCl3对反应2H2O2 2H2O+O2↑具有催化作用,故选择原理ⅰ,探究催化剂对该反应速率的影响,必选试剂除5% H2O2溶液外,还应选1 mol/L FeCl3溶液。
(3)若要探究H2SO4溶液浓度对反应速率的影响,题图所示实验中H2SO4溶液的浓度应不同,Na2S2O3溶液的浓度应相同,所加硫酸的体积应相同,故试剂X及其用量为2 mL 0.5 mol/L H2SO4溶液。
(4)①对比实验Ⅰ、Ⅱ,所加Na2S2O3溶液的体积不同,即Na2S2O3的物质的量不同,所加H2SO4溶液的体积、浓度均相同,实验温度相同,则实验Ⅰ、Ⅱ为探究Na2S2O3溶液的浓度对该反应速率的影响。②实验Ⅰ、Ⅱ所加H2SO4溶液的体积、浓度均相同,为保证溶液混合后H2SO4的浓度相同,则要加入蒸馏水,由实验可知,溶液混合后总体积为10 mL,则V=8。③实验Ⅲ中温度最高,Na2S2O3溶液的浓度较大,故推测反应速率最快的是Ⅲ。
13第二章 化学反应速率与化学平衡
第一节 化学反应速率
第1课时 化学反应速率
基础过关练
题组一 对化学反应速率的理解
1.下列关于化学反应速率的说法正确的是 ( )
A.化学反应速率是指在一段时间内反应物物质的量的减小或生成物物质的量的增大
B.化学反应速率为0.2 mol·L-1·min-1是指反应经过1 min后,某物质的浓度是0.2 mol·L-1
C.对于任何化学反应来说,反应速率越快,反应现象越明显
D.化学反应速率可以衡量化学反应进行的快慢
2.(经典题)一定条件下,在恒容密闭容器中发生反应3CO2(g)+10H2(g) C3H8(g)+6H2O(g),反应速率分别用v(CO2)、v(H2)、v(C3H8)、v(H2O)表示,下列关系式正确的是 ( )
A.v(C3H8)=v(H2O)
C.v(H2)=v(H2O)
题组二 化学反应速率的相关计算
3.(易错题)一定条件下,在2 L密闭容器中发生反应:2A(s)+3B(g) 2C(g)+4D(g),测得5 min时,A的物质的量减小了10 mol,则0~5 min内该反应的平均反应速率为 ( )
A.v(A)=1.0 mol/(L·min)
B.v(B)=1.5 mol/(L·min)
C.v(C)=2.0 mol/(L·min)
D.v(D)=0.5 mol/(L·min)
4.已知反应:2NO(g)+Br2(g) 2NOBr(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)。一定条件下,将2 mol NO和2 mol Br2(g)通入2 L的恒容密闭容器中。反应进行到10 s时,测得生成0.5 mol NOBr。下列说法正确的是 ( )
A.10 s内,v(Br2)=0.025 mol·L-1·s-1
B.第10 s时,v(NOBr)=0.025 mol·L-1·s-1
C.第10 s时,NO的浓度为0.75 mol·L-1
D.10 s内,NO(g)与Br2(g)反应放出的热量为a kJ
5.反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)中SO3的浓度随时间变化情况如图所示,在0~a min内用O2表示的平均反应速率为0.04 mol·L-1·min-1,则a等于 ( )
A.0.1 B.2.5 C.5 D.10
题组三 化学反应速率大小的比较
6.在四种不同条件下,分别进行反应2M(g)+3N(g) 4P(g)+Q(g),实验测得反应速率分别为①v(M)=0.20 mol·L-1·min-1、②v(N)=0.45 mol·L-1·min-1、③v(P)=0.40 mol·L-1·min-1、④v(Q)=0.01 mol·L-1·s-1。下列关于四种条件下的反应速率大小关系的比较正确的是 ( )
A.②>①>③>④ B.④>②>③>①
C.④>③=①>② D.④>②>①=③
7.(经典题)用纯净的CaCO3与100 mL稀盐酸反应制取CO2,实验过程记录如图所示(CO2的体积已折算为标准状况下的体积)。下列叙述不正确的是 ( )
A.EF段表示的平均反应速率最大
B.EF段,用盐酸表示该反应的平均反应速率为0.4 mol·L-1·min-1(忽略溶液体积变化)
C.OE、EF、FG三段,用CO2表示的平均反应速率之比为2∶6∶7
D.E、F、G三点中,G点收集的CO2的量最多
题组四 化学反应速率的测定
8.下列测量化学反应速率的依据不可行的是 ( )
选项 化学反应 测量依据 (单位时间内)
A 2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O 溶液颜色变化
B AgNO3+NaCl AgCl↓+NaNO3 沉淀质量变化
C H2(g)+I2(g) 2HI(g) 温度、容器体积一定时,体系压强变化
D H2O2+2HI 2H2O+I2 溶液体积一定时,I-的浓度变化
9.为探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,甲、乙两组同学分别设计了如图1、图2所示的实验。下列叙述不正确的是 ( )
图1
图2
A.图1所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B.用图2装置比较反应速率大小,可通过测定在相同状况下反应产生一定体积气体所需时间的多少
C.若图1所示的实验中反应速率为①>②,则一定说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解反应的催化效果好
D.为检查图2装置的气密性,可关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离后松开,观察注射器活塞是否回到原位
10.某校化学活动社团为测定1 mol/L的H2SO4溶液与锌粒和锌粉反应的速率,设计如图1装置。
(1)图1中盛装H2SO4溶液的仪器的名称是 。
(2)按照图1装置实验时,限定了两次实验时间均为10 min,还需要测定的另一个数据是 。
(3)若将图1装置中的气体收集装置改为图2装置,实验结束后读取气体体积时应该注意的问题是 (至少回答两点)。
能力提升练
题组一 化学反应速率的综合计算
1.H2(g)+I2(g) 2HI(g)在1 L的恒温容器中进行,反应过程中部分数据如表:
反应时间/min n(H2)/mol n(I2)/mol n(HI)/mol
0 4 4 0
10 2
若在起始时总压为p0 kPa,反应速率若用单位时间内分压的变化表示,而气态物质分压=总压×气态物质的物质的量分数,则10 min内H2(g)的反应速率为 ( )
A.0.25p0 kPa·min-1 B.0.025p0 kPa·min-1
C.0.005p0 kPa·min-1 D.0.016p0 kPa·min-1
2.在一定温度下,10 mL 0.40 mol/L H2O2发生催化分解。不同时刻测定生成O2的体积(已折算为标准状况)如表所示(液体体积变化忽略不计)。下列叙述不正确的是 ( )
t/min 0 2 4 6 8 10
V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9
A.反应至6 min时,c(H2O2)=0.3 mol/L
B.第6 min后平均反应速率逐渐减慢
C.0~6 min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2 mol/(L·min)
D.反应至6 min时,过氧化氢的分解率为50%
题组二 借助图像考查化学反应速率
3.(经典题)一定温度下,向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应,反应中各物质的物质的量的变化如图所示,下列对该反应的推断不合理的是 ( )
A.在0~6 s内,用C表示的化学反应速率约为0.067 mol·L-1·s-1
B.6 s后,反应停止了
C.该反应的化学方程式为3B+4C 6A+2D
D.在0~4 s内,v(A)=3v(D)
4.一定条件下,H2O(g)在某催化剂表面发生分解反应生成H2和O2,测得的实验结果如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.H2O(g)在该催化剂表面的分解反应是可逆反应
B.H2O(g)在该催化剂表面的分解速率与其起始浓度成正比
C.在该催化剂表面H2O(g)分解反应先快后慢
D.ab段O2的平均生成速率为5.0×10-4 mol/(L·min)
5.工业上有一种用CO2生产甲醇的方法:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。某科学实验小组将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中,保持温度不变,测得H2的物质的量随时间变化如图所示。
(1)a~b、b~c、c~d三段中,平均反应速率最大的是 段,该时间段内H2的平均反应速率是 。
(2)H2的物质的量不再改变时,CO2的转化率是 ;反应前后容器内的压强之比是 。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.D 2.C 3.B 4.C 5.C 6.D 7.C 8.C
9.C
1.D 化学反应速率常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大来表示,A错误;化学反应速率为0.2 mol·L-1·min-1指反应经1 min后,某物质的浓度减小或增大0.2 mol·L-1,B错误;有些化学反应反应速率比较快,但无明显的现象,C错误;化学反应速率可衡量化学反应进行的快慢,D正确。
2.C 根据同一反应中,各物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比可知,v(CO2)∶v(H2)∶v(C3H8)∶v(H2O)=3∶10∶1∶6。由此可得10v(C3H8)=v(H2)、6v(C3H8)=v(H2O)、v(CO2)=v(H2)、v(H2)=v(H2O),C正确。
3.B 本题利用v==计算,根据物质的量变化量之比等于化学计量数之比可推算出B、C、D物质的量的变化,然后带入公式进行求算即可。本题易忽视一般不用固体或纯液体表示化学反应速率(易错点)而错选A。
4.C 利用三段式分析:
2NO(g)+Br2(g) 2NOBr(g)
起始/mol 2 2 0
转化/mol 0.5 0.25 0.5
10 s时/mol 2-0.5 2-0.25 0.5
10 s内v(Br2)====0.012 5 mol·L-1·s-1,A项错误;根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可知v(NOBr)=0.025 mol·L-1·s-1,其表示的是10 s内NOBr的平均反应速率,而不是第10 s时的瞬时速率,B项错误;第10 s时,c(NO)===0.75 mol·L-1,C项正确;2 mol NO(g)和1 mol Br2(g)完全反应生成2 mol NOBr(g)时,放出的热量为a kJ,10 s内有0.5 mol NOBr生成,放出的热量不为a kJ,D项错误。
5.C 由题图可知,0~a min内Δc(SO3)=0.4 mol·L-1,则有v(SO3)= mol·L-1·min-1。根据化学反应速率之比等于化学计量数之比有v(O2)=v(SO3)= mol·L-1·min-1,又知0~a min内用O2表示的平均反应速率为0.04 mol·L-1·min-1,则有 mol·L-1·min-1=0.04 mol·L-1·min-1,解得a=5,C项正确。
6.D 根据各物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比,将选项中各物质表示的化学反应速率转化为同一物质所表示的化学反应速率后进行比较,注意单位要统一(解题技法)。①v(M)=0.20 mol·L-1·min-1时,v(Q)=v(M)=0.10 mol·L-1·min-1;②v(N)=0.45 mol·L-1·min-1时,v(Q)=v(N)=0.15 mol·L-1·min-1;③v(P)=0.40 mol·L-1·min-1时,v(Q)=v(P)=0.10 mol·L-1·min-1;④v(Q)=0.01 mol·L-1·s-1=0.60 mol·L-1·min-1。反应速率大小关系④>②>①=③,D正确。
易错分析
化学反应速率大小比较的常见错误
(1)只看数值。用同一物质表示的化学反应速率比较时,必须要保证单位统一;注意物质不能是固体或纯液体。(2)转化错误。同一化学反应中用不同物质表示的反应速率相互转化时出现错误,应按化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比进行转化。
7.C OE、EF、FG三段对应所用时间相同,生成的二氧化碳体积分别为224 mL、(672-224) mL=448 mL、(784-672) mL=112 mL,故EF段表示的平均反应速率最大,A正确;EF段,生成的n(CO2)==0.02 mol,根据关系式CaCO3~2HCl~CO2,则消耗的n(HCl)=2n(CO2)=0.04 mol,用盐酸表示该反应的平均反应速率为=0.4 mol·L-1·min-1,B正确;OE、EF、FG三段,反应时间相同,生成的CO2的体积之比等于反应速率之比,则用CO2表示的平均反应速率之比为224 mL∶448 mL∶112 mL=2∶4∶1,C错误;由题图可知,E、F、G三点中,G点收集的CO2的量最多,D正确。
8.C 随反应进行KMnO4溶液浓度逐渐减小,可通过记录单位时间内溶液颜色变化来测定反应速率,A可行;单位时间内产生沉淀的质量越多,反应速率越快,反之,反应速率越慢,B可行;反应前后气体分子数不变,即温度、容器体积一定时,反应前后气体总压强不变,C不可行;溶液体积一定时,单位时间内,I-的浓度变化越大,反应速率越快,反之,反应速率越慢,D可行。
解题技法
常采用的测定化学反应速率的方法
(1)对于有气体生成的反应,可测定相同时间内收集气体的体积或收集等量气体所用的时间。(2)对于有固体做反应物的反应,可测定一段时间内消耗固体质量的多少。(3)对于有酸、碱参与的反应,可测定一段时间内溶液中H+或OH-浓度的变化。(4)对于有颜色变化的反应,可测定溶液变色所需时间。(5)对于有沉淀生成的反应,可测定溶液变浑浊所需的时间。
9.C 反应速率的大小可以通过观察产生气泡的快慢来判断,A正确;反应速率的大小可以根据产生相同体积的气体所用时间的多少来判断,B正确;若题图1所示实验中反应速率①>②,则能够说明FeCl3比CuSO4对H2O2分解反应的催化效果好,Cl-和S对H2O2分解也可能有影响,C错误;关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,若装置气密性不好,注射器活塞不能回到原位,D正确。
10.答案 (1)分液漏斗 (2)收集到气体的体积
(3)调节量气管的高度使得两侧液面相平;视线平视凹液面最低点;待锥形瓶中气体恢复至室温
解析 (1)题图1中盛装H2SO4溶液的仪器的名称是分液漏斗。(2)按照题图1装置实验时,限定了两次实验时间均为10 min,还需要测定的另一个数据是收集到气体的体积。
能力提升练
1.B 2.A 3.B 4.D
1.B H2(g)+I2(g) 2HI(g)为反应前后气体总物质的量不变的反应,则反应中的任意时刻总压不变,均为p0 kPa,列三段式:
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
起始/mol 4 4 0
转化/mol 2 2 4
10 min时/mol 2 2 4
反应前H2(g)的分压为×p0 kPa=0.5p0 kPa,10 min时H2(g)的分压为×p0 kPa=0.25p0 kPa,则10 min内用H2(g)表示的反应速率为=0.025p0 kPa·min-1。
2.A 反应2H2O2 2H2O+O2↑,根据题表中数据可知,0~6 min内产生的氧气的物质的量Δn(O2)==0.001 mol,Δn(H2O2)=0.002 mol,故反应至6 min时c(H2O2)==0.2 mol/L,A错误;在一定温度下,反应物浓度越大反应速率越快,随着反应的进行,H2O2的浓度逐渐减小,反应速率逐渐减慢,B正确;0~6 min,v(H2O2)==≈3.3×10-2 mol/(L·min),C正确;反应至6 min时,H2O2的分解率为×100%=50%,D正确。
3.B 在0~6 s内,用C表示的化学反应速率v(C)=≈0.067 mol·L-1·s-1,A正确;6 s后,正、逆反应速率相等但不等于零,反应没有停止,只是达到化学平衡状态,B错误;由图中信息可知,0~6 s内B、C的物质的量分别减小0.6 mol、0.8 mol,A、D的物质的量分别增加1.2 mol、0.4 mol,该反应的化学方程式为3B+4C 6A+2D,C正确;在0~4 s内,用不同物质表示该反应的化学反应速率,其化学反应速率之比等于化学计量数之比,即v(A)=3v(D),D正确。
解题技法
n-t或c-t图的解题技巧
(1)看趋势,定位置:观察图像,n(或c)随时间逐渐减小的物质为反应物,反之为生成物。
(2)看变化量,定化学计量数:由图像数据计算各物质在相同时间内的物质的量(或浓度)的变化量,根据各物质的物质的量(或浓度)的变化量之比等于化学计量数之比,确定各物质的化学计量数。
(3)看是否共存,定符号:根据图像观察各物质是否最终共存,从而判断该反应是否为可逆反应,确定在方程式中用“”还是“”。
4.D
5.答案 (1)a~b 1 mol·L-1·min-1 (2)33.3% 7∶5
解析 (1)a~b段氢气的平均反应速率为=1 mol·L-1·min-1,b~c段氢气的平均反应速率为=0.75 mol·L-1·min-1,c~d段氢气的平均反应速率为=0.1 mol·L-1·min-1,所以平均反应速率最大的是a~b段。
(2)由题图可知,平衡时氢气的物质的量为2 mol,列三段式:
3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 8 6 0 0
变化/mol 6 2 2 2
平衡/mol 2 4 2 2
所以平衡时CO2的转化率为×100%≈33.3%;恒温、恒容时,气体压强之比等于气体的物质的量之比,所以反应前后容器内的压强之比是(6+8)∶(4+2+2+2)=7∶5。
14(共32张PPT)
第一节 化学反应速率
知识点 1 化学反应速率
必备知识 清单破
1.化学反应速率
(1)表示:通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大来表示。
(2)表达式:v= 。
(3)常用单位:mol/(L·min)、mol/(L·s)等。
特别提醒 应用化学反应速率的注意事项
(1)化学反应速率是指某一时间段内的平均反应速率,而不是某一时刻的瞬时速率。
(2)无论是用反应物还是用生成物表示,化学反应速率都取正值。
(3)化学反应速率除可用物质的量浓度表示外,还可用质量、气体体积等的变化表示;用物质
的量浓度的变化表示化学反应速率时,不用固体或纯液体来表示。
2.同一化学反应的反应速率的不同表示
同一个化学反应中,可用不同物质表示化学反应速率。如反应mA(g)+nB(g) pY(g)+
qZ(g),用不同物质表示的化学反应速率分别为vA= ,vB= ,vY= ,vZ= ,其数值
可能不同,故表示化学反应速率时必须指明具体物质。不同物质表示的化学反应速率之比等
于化学计量数之比。即 = = = 或v(A)∶v(B)∶v(Y)∶v(Z)=m∶n∶p∶q。
3.化学反应速率的测定
物质的某些物理性质(如压强、体积、吸光度、电导率等)与其物质的量或浓度存在函
数关系。人们常用物理方法准确而快速地测定化学反应速率。
知识拓展
(1)反应速率方程
对于反应H2O2+2HI 2H2O+I2,其反应速率与反应物浓度间的关系为v=kc(H2O2)·c(HI),
其中k为反应速率常数。
(2)反应速率常数(k)
含义 表示单位浓度下的化学反应速率
单位 不同反应速率方程中k的单位不同
意义 通常反应速率常数k越大,反应进行得越快
影响因素 与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响
(3)反应速率与参与反应的物质的浓度的关系式是实验测定的结果,不能随意根据反应的化
学方程式直接写出。
4.化学反应速率的计算与大小比较【详见定点1】
知识点 2 影响化学反应速率的因素
1.决定因素(内因):反应物的组成、结构和性质等。
2.外界因素(外因):浓度、压强、温度、催化剂、反应物间的接触面积、光、电磁波、超声
波等。(详见定点2)
3.化学反应速率图像【详见定点5】
知识点 3 活化能 有效碰撞理论
1.基元反应
大多数化学反应往往是经过多个反应步骤才能实现,每一步反应都称为基元反应;先后
进行的基元反应反映了化学反应历程,反应历程又称反应机理。
2.有效碰撞
(1)概念
①有效碰撞:把能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞。
②活化分子:在化学反应中,能量较高、有可能发生有效碰撞的分子叫做活化分子。
③活化分子百分数:活化分子数占总分子数的百分含量。
(2)发生有效碰撞的条件:①分子必须是活化分子(即具有足够的能量);②碰撞时具有合适的取向。
(3)活化能
①概念:活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差,叫做反应的活化能。
②化学反应中活化能与反应热的关系
图中E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,使用催化剂时的正反应的活化能为E3,
反应热为E1-E2。
3.利用反应机理图像分析活化能(能垒)对化学反应速率的影响【详见定点4】
知识辨析
1.在比较化学反应速率大小时,数值越大则反应速率越快,这种说法对吗
2.在溶液中进行的化学反应,增大反应物的用量或增大溶液的用量,化学反应速率一定增大,
这种说法对吗
3.增大反应物浓度,逆反应速率一直不变,这种说法对吗
4.恒温恒容的密闭容器中,有气体参与的反应,增大体系的压强,化学反应速率不一定加快,这
种说法对吗
5.活化分子间发生的碰撞一定是有效碰撞,这种说法对吗
一语破的
1.不对。比较用不同物质的浓度变化来表示的化学反应速率大小时,必须结合化学方程式中
物质的化学计量数对数据进行换算,同时应注意单位统一。
2.不对。溶液中若进行的是固体和溶液的反应,增加固体的用量,对化学反应速率无影响;改
变溶液的用量时,若溶液的浓度不变,对化学反应速率无影响。
3.不对。增大反应物浓度,正反应速率瞬间增大,在改变的瞬间,生成物的浓度可认为不变,逆
反应速率不变;但随着反应的进行,反应物的浓度逐渐减小,生成物的浓度逐渐增大,导致正反
应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,直到两者相等。
4.对。恒温恒容时,若增加气态反应物的量使体系压强增大,气态反应物浓度增大,化学反应速率加快;若充入与反应无关的气体使体系压强增大,但气态反应物浓度不变,则化学反应速率不变。
5.不对。活化分子间发生的碰撞不一定是有效碰撞。能够发生有效碰撞的分子一定要具有
足够的能量(活化分子具有足够的能量),同时还要有合适的取向,二者缺一不可。
定点 1 化学反应速率的计算与大小比较
关键能力 定点破
1.化学反应速率的计算
(1)利用反应速率的定义式v= = 求算。
(2)利用化学反应中用各物质表示的化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量
数之比的规律求算。
(3)“三段式”法计算化学反应速率
①写出反应的化学方程式。
②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
③根据已知条件计算。
例如:反应 mA(g)+nB(g) pC(g)
起始量/mol·L-1 a b c
转化量/mol·L-1 x
某时刻量/mol·L-1 a-x b- c+
则v(A)= ,v(B)= ,v(C)= 。
2.化学反应速率的比较
(1)统一标准比较法
当比较同一反应的化学反应速率的相对大小时,先按相应的化学方程式中各物质的化学
计量数之比换算成同一物质表示的化学反应速率,单位统一,再比较数值大小。
(2)比值比较法
比较化学反应速率与其在相应化学方程式中物质的化学计量数的比值大小。如反应
mA(g)+nB(g) pC(g)在不同条件下的反应速率分别用v(A)、v(B)、v(C)表示, 、
、 的单位相同时,数值越大的表示的反应速率越大。
定点 2 外界因素对化学反应速率的影响
1.浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响及注意事项
影响因素 对化学反应速率的影响 注意事项
浓度 其他条件不变时,增大反应物的浓度,化学反应速率增大;减小反应物的浓度,化学反应速率减小 ①此规律只适用于有气体参加或溶液中进行的反应。对于固体或纯液体的反应物,其浓度被视为常数,改变它们的用量(忽略表面积变化)不会
改变化学反应速率;
②对于离子反应,只有实际参加反应的各离子浓度发生变化,才会引起化学反应速率的改变
影响因素 对化学反应速率的影响 注意事项
温度 其他条件不变时,升高温度,反应速率增大;降低温度,反应速率减小 ①温度对反应速率的影响不受体系的限制;
②若是可逆反应,升高温度,正、逆反应速率都增大,反之均减小
可以改变(加快或减慢)化学反应速率(如不特别说明,催化剂都是指能加快化学反应速率的正催化剂) ①催化剂只能改变化学反应速率,既不能改变反应方向,也不能改变反应热的大小;
②同一催化剂,能同等程度地改变可逆反应的正、逆反应速率
2.压强对化学反应速率的影响
(1)影响规律
对于有气体参加的化学反应,其他条件不变时,增大压强(减小容器的容积),反应物的浓度增大,化学反应速率增大;减小压强(增大容器的容积),反应物的浓度减小,化学反应速率减小。
特别提醒 ①压强只对有气体参加的反应的反应速率有影响。
②压强对反应速率的影响是通过浓度对反应的影响实现的。
(2)特殊情况
恒温恒容时 ①充入气体反应物 总压强增大 气体反应物的分压(或浓度)增大 反应速率增大;
②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与反应也不干扰反应的气体,下同) 总压强增大,但各气体反应物的分压不变,即各气体反应物的浓度不变 反 应速率不变
恒温恒压时 充入“无关气体” 容器容积增大 各气体反应物的分压(或浓度)减小 反应速率减小
3.外界因素影响化学反应速率的原因分析
项目外界条件的改变 活化能 分子总数 单位体积内活化分子数 活化分子 百分数 有效碰 撞次数 化学反
应速率
反应物浓度 增大 不变 增加 增加 不变 增加 增大
减小 不变 减少 减少 减少 减小
压强(有气体参加的反应) 增大(减小容器的容积) 不变 不变 增加 不变 增加 增大
减小(增大容器的容积) 不变 不变 减少 减少 减小
项目外界条件的改变 活化能 分子总数 单位体积内活化分子数 活化分子 百分数 有效碰 撞次数 化学反
应速率
温度 升高 不变 不变 增加 增加 增加 增大
降低 不变 不变 减少 减少 减少 减小
催化剂 使用 降低 不变 增加 增加 增加 增大
特别提醒 改变浓度和压强,不改变活化分子百分数;升高温度和加入催化剂,可增大活化分
子百分数。
(1)确定变量:明确影响实验探究结果的因素可能有哪些,即变量。
(2)定多变一:根据实验目的确定需控制的变量。在探究时,应该先确定其他的因素不变,只改
变一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系;确定一种因素的影响结果以后,再确
定另一种因素的影响结果;通过分析每种因素与所研究问题之间的关系,得出所有影响因素
与所探究问题之间的关系。
(3)数据有效:注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。
定点 3 运用控制变量法探究外界因素对化学反应速率的影响
典例 实验探究影响H2O2分解速率的因素。H2O2溶液浓度在不同条件下随时间变化的曲线如
图所示,实验分组及反应条件分别见表,其中溶液pH均在常温下测得。
分组 温度/℃ pH c(Mn2+)/(mol·L-1)
① 60 7 0.000 02
② 60 12 0
③ 60 13 0
④ 60 11 0.000 02
⑤ 70 13 0
下列说法不正确的是 ( )
A.实验①、④说明中性条件下,少量Mn2+对H2O2分解速率的影响不大
B.实验②、③说明其他条件相同时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越大
C.实验③、⑤说明升高温度可以增大H2O2分解速率
D.实验④中0~40 min内,H2O2的反应速率为0.022 5 mol·L-1·min-1
思路点拨 首先判断“变量”,然后结合图像分析“变量”对H2O2分解速率的影响,最后结
合选项分析判断。
C
解析 实验①、④其他条件均相同,溶液pH不同,但①中H2O2 60 min内浓度变化很小,④中H2
O2 60 min内浓度变化较大,说明中性条件下,少量Mn2+对H2O2分解速率的影响不大,A正确;实
验②、③其他条件均相同,溶液pH不同,而③中H2O2的分解速率大于②,说明溶液碱性越强H2
O2分解速率越快,B正确;实验③和实验⑤中H2O2的起始浓度和温度都不同,由题图不能说明
升高温度H2O2的分解速率增大,C错误;实验④中0~40 min内H2O2的反应速率为
=0.022 5 mol·L-1·min-1。
(1)反应历程中的最大能垒是指正反应过程中最大相对能量的差值,可以用估算的方法进行确定,上图中E(能垒1)=E(过渡态)-E(吸附态)=[a-(-b)] eV=(a+b) eV。
定点 4 利用反应机理图像分析活化能(能垒)对化学反应速率的影响
(2)ΔH=E(生成物)-E(反应物)=(-d-0) eV=-d eV。
(3)能垒越大,反应速率越小;多步反应中能垒最大的基元反
应为决速反应。
(4)相同反应物同时发生多个竞争反应,其中能垒最小的反应,
反应速率最大,其对应的产物占比最高。
典例 正丁烷(CH3CH2CH2CH3)催化裂解为乙烷和乙烯的反应历程如图(*代表催化剂):
下列说法正确的是 ( )
A.使用催化剂能降低该反应的ΔH
B.过渡态TS1、TS2、TS3中稳定性最强的是TS1
C.正丁烷裂解生成乙烷和乙烯的反应为放热反应
D.正丁烷裂解生成乙烷和乙烯的决速步骤是①
思路点拨 分析反应历程→弄清各步骤的反应物、产物并分析能垒大小,确定决速步骤→分
析总反应的能量变化情况,确定ΔH。
C
解析 结合题图中相对能量的变化及选项问题分析解答:
定点 5 化学反应速率的有关图像
1.定性图像
定性图像主要包括反应速率与反应物浓度、气体压强、反应温度、催化剂等外界条件
的关系,以及反应过程中的速率变化等定性关系。
(1)速率—时间图:如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化如图所示。
OA段:Zn与盐酸的反应是放热反应,使溶液的温度升高,化学反应速率逐渐增大;AB段:随着反
应的进行,H+的浓度逐渐减小,化学反应速率逐渐减小。
(2)速率—温度图:其他条件一定,反应速率随着温度的升高而增大;其他条件一定,反应速率随
着温度的降低而减小,如图所示。
(3)速率—压强图:其他条件一定,增大气态反应物的压强(缩小容器的容积),反应速率增大;其
他条件一定,减小气态反应物的压强(增大容器的容积),反应速率减小,如图所示。
2.定量图像
定量图像主要是指反应物或生成物的物质的量(或物质的量浓度)与反应时间的定量关
系,如图所示。
该类图像所能解决的问题:(1)确定反应物、生成物;(2)反应起始时进行的方向;(3)确定
是否为可逆反应;(4)确定化学方程式、某段时间内的平均反应速率;(5)确定可逆反应达到平
衡的时刻及达到平衡时各种物质的量的关系。
3.定性与定量相结合的图像的分析
此类图像通常既包括反应速率的定性比较,如曲线的趋势等,也包括与反应速率相关的
计算等的定量比较,需要依据相关的计算公式和外界条件对反应速率的影响规律从定量和定
性两个方面加以分析。
典例 臭氧催化氧化是降解水体中有机污染物的常用方法。某科研小组研究O3降解有机物的
路径:取四份废水,保持其他条件相同,第一份直接加入MnO2;第二份直接通入O3;第三份在加
入一定量MnO2的同时通入O3;第四份在加入一定量MnO2(与第三份中量相同)与叔丁醇的同
时通入O3,分别测得四份废水中有机物的残留率随时间的变化如图所示。
已知:①O3除直接降解有机物外,在溶液中能产生羟基自由基·OH,·OH也能降解水中有机物。
②叔丁醇能迅速结合·OH而将·OH除去。
下列说法不正确的是 ( )
A.MnO2几乎不能直接降解有机物
B.MnO2对O3降解有机物有催化作用
C.溶液中产生的·OH降解有机物是该降解过程的主要途径
D.O3直接降解是该降解过程的主要途径
思路点拨 首先明确图像中横、纵坐标的含义;其次将每个实验操作与图像中的曲线结合,
横向观察每一条曲线的变化趋势,进行定性分析;再纵向观察多条曲线进行分析,最后结合选
项进行解答。
C
解析 由题图知,只加入二氧化锰时废水中有机物的残留率基本不变,即MnO2几乎不能直接
降解有机物,A正确;根据题图,对比第二份和第三份可知,加入一定量MnO2的同时通入O3后,
有机物的残留率明显减小,因此MnO2对O3降解有机物有催化作用,B正确;对比第三份和第四
份图像可知,第四份加入的叔丁醇能迅速结合·OH而将·OH除去,但有机物残留率和第三份相
差不大,即溶液中产生的·OH降解有机物不是该降解过程的主要途径,O3直接降解才是该降解
过程的主要途径,C错误、D正确。
